CN116290148A - 超长大直径桩基水平荷载测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超长大直径桩基水平荷载测试装置及方法，包括步骤：将固定柱和倾斜扩底反力桩打设在待测超长大直径桩体的相对两侧；在固定柱顶部安装钢制轴承和滑轮；在倾斜扩底反力桩顶部安装卷扬机；安装千斤顶基础、油压千斤顶、垫块和压力传感器；钢缆绕过滑轮与钢制固定口固定连接；启动油压千斤顶和卷扬机，根据水平力和桩顶位移数据绘制单桩水平静载荷试验曲线。本发明的有益效果是：通过桩体扩底和倾斜的双重作用提高了倾斜扩底反力桩的水平荷载承载极限，有助于提供更高的水平反力用于支撑油压千斤顶，在倾斜扩底反力桩顶部上方设置卷扬机，与油压千斤顶产生的推力同向叠加，提高了水平荷载的施加强度极限和测试精度。

Description

超长大直径桩基水平荷载测试装置及方法

技术领域

本发明属于桩基水平承载力测量领域，尤其涉及一种超长大直径桩基水平荷载测试装置及方法。

背景技术

我国的土木行业在不断发展的过程中，灌注桩作为超高层建筑、大跨径桥梁等建筑结构最常见的基础型式，桩基的直径、长度和承载力也越来越大。桩的水平承载力是桩在水平荷载作用下所反映的抗水平荷载的能力及特性。桩承受的水平荷载有多种形式：风荷载、地震荷载、波浪荷载、吊车制动力和浮冰、船舶的撞击力等。水平荷载作用下桩基础的受力过程本质为复杂的桩土相互作用过程，桩基础的水平极限荷载与桩的种类、桩的几何尺寸、桩顶约束条件、桩身材料强度、土体种类等密切相关。在港口、桥梁、海洋等工程领域，桩基础承受到土体侧向压力、海浪、地震等因素产生的水平荷载，此时桩体水平受力性状是影响基础稳定的重要因素，因此基础水平承受荷载已经成为桩基设计时要考虑的主要因素。

然而，现有的桩基水平承载力测量方法中，经常采用的是单个反力桩的测量方法，即在待测桩基一侧设置反力桩并施加单一方向的水平荷载，这样测量高强度的超长大直径桩基时所需求的反力桩要求强度和成本都很高，同时对于桩基本身的损害也很大，所以急需一种针对超长大直径桩基的水平荷载测试装置及方法。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种超长大直径桩基水平荷载测试装置及方法。

这种超长大直径桩基水平荷载测试装置，包括钢制轴承、滑轮、固定柱、钢制固定口、钢制保护外壳、球铰、待测超长大直径桩体、反力桩保护壳、倾斜扩底反力桩、拉力传感器、卷扬机、千斤顶基础和位移传感器；

所述钢制轴承锚固在固定柱顶部，滑轮套箍在钢制轴承外部；所述钢制保护外壳设置在待测超长大直径桩体顶部，钢制固定口和球铰分别焊接在钢制保护外壳的两侧；所述倾斜扩底反力桩顶部浇筑有混凝土反力桩桩帽，反力桩保护壳覆盖在反力桩桩帽上，反力桩保护壳上端采用固定螺栓固定卷扬机，卷扬机与钢制固定口之间采用钢缆经过滑轮连接，拉力传感器设置于靠近钢制固定口的钢缆一端，反力桩保护壳与球铰之间依次设置有压力传感器、垫块和油压千斤顶；所述位移传感器通过支撑板连接千斤顶基础。

作为优选，所述固定柱底部设有固定柱扩底基础，固定柱位于待测超长大直径桩体带有钢制固定口一侧；所述倾斜扩底反力桩位于待测超长大直径桩体带有球铰一侧，倾斜扩底反力桩沿垂直方向的倾角在30°～45°之间；所述固定柱、待测超长大直径桩体和倾斜扩底反力桩位于同一水平中轴线上。

作为优选，所述拉力传感器、钢制固定口、球铰、油压千斤顶、垫块和压力传感器位于同一轴线上，且该轴线穿过待测超长大直径桩体圆心，油压千斤顶连接有油压表。

作为优选，所述钢制保护外壳由对称两个半圆形钢制保护外壳构成，两个半圆形钢制保护外壳通过高强螺栓和螺帽固定连接为整体；钢制保护外壳上端设有钢制顶部保护板。

这种超长大直径桩基水平荷载测试装置的测试方法，包括以下步骤：

步骤一：分别将固定柱和倾斜扩底反力桩打设在待测超长大直径桩体的相对两侧；在固定柱顶部安装钢制轴承和滑轮；

步骤二：在倾斜扩底反力桩顶部浇筑反力桩桩帽并安装卷扬机；在待测超长大直径桩体顶部安装钢制保护外壳；

步骤三：安装千斤顶基础、油压千斤顶、垫块和压力传感器；在千斤顶基础和待测超长大直径桩体之间安装位移传感器；在卷扬机的钢缆端部附近安装拉力传感器，将钢缆绕过滑轮与钢制固定口固定连接；

步骤四：同步启动油压千斤顶和卷扬机，分级施加水平荷载作用在待测超长大直径桩体的桩头，每级加荷恒载稳定后记录压力传感器、拉力传感器和位移传感器的读数；

步骤五：根据水平力和桩顶位移数据绘制单桩水平静载荷试验曲线，确定超长大直径桩基的单桩水平临界荷载和极限荷载。

作为优选，在步骤二中，在反力桩桩帽顶部覆盖安装反力桩保护壳，随后通过固定螺栓将卷扬机锚固在反力桩保护壳上；在待测超长大直径桩体顶部安装钢制保护外壳，钢制保护外壳采用高强螺栓和螺帽进行连接固定，随后在钢制保护外壳顶部焊接钢制顶部保护板。

作为优选，在步骤三中，在待测超长大直径桩体与倾斜扩底反力桩之间依次安装千斤顶基础、油压千斤顶、垫块和压力传感器；在千斤顶基础上锚固两块支撑板，所述位移传感器沿待测超长大直径桩体的桩头上下平行布置两处；油压千斤顶活塞顶头与球铰吻合接触。

作为优选，在步骤四中，启动油压千斤顶和卷扬机前，分别记录压力传感器、拉力传感器、位移传感器的初始读数；采用多循环加卸载方法分级施加水平荷载，所述分级施加水平荷载包括油压千斤顶产生的推力和卷扬机牵引收紧钢缆产生的拉力。

本发明的有益效果是：

1)本发明采用倾斜扩底反力桩支撑技术，通过桩体扩底和倾斜的双重作用提高了倾斜扩底反力桩的水平荷载承载极限，有助于倾斜扩底反力桩提供更高的水平反力用于支撑油压千斤顶，同时降低了倾斜扩底反力桩的强度要求。

2)本发明采用卷扬机滑轮同向牵拉技术，通过巧妙地在倾斜扩底反力桩顶部上方设置卷扬机，利用滑轮转换受力方向的原理，在待测超长大直径桩体的另一侧施加水平拉力，与油压千斤顶产生的推力同向叠加，进一步提高了水平荷载的施加强度极限和测试精度。

3)本发明采用了钢制保护外壳和钢制顶部保护板，可在桩基承载力测试时对待测桩体产生有效保护，防止施加荷载直接接触作用在桩体混凝土表面造成结构损伤；在倾斜扩底反力桩顶部设置反力桩桩帽和反力桩保护壳，也对倾斜扩底反力桩结构具有一定的保护作用。

附图说明

图1是超长大直径桩基水平荷载测试装置及方法的横向正视图；

图2是超长大直径桩基水平荷载测试装置及方法的横向俯视图；

图3是钢制保护外壳的横向正视图；

图4是钢制保护外壳的横向俯视图。

附图标记说明：1-钢制轴承、2-滑轮、3-固定柱、4-固定柱扩底基础、5-钢制固定口、6-钢制保护外壳、7-钢制顶部保护板、8-螺栓、9-螺帽、10-球铰、11-待测超长大直径桩体、12-油压表、13-垫块、14-油压千斤顶、15-反力桩保护壳、16-倾斜扩底反力桩、17-反力桩桩帽、18-压力传感器、19-固定螺栓、20-拉力传感器、21-钢缆、22-卷扬机、23-千斤顶基础、24-位移传感器、25-支撑板。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

实施例一

作为一种实施例，如图1至图4所示，一种超长大直径桩基水平荷载测试装置，包括钢制轴承1、滑轮2、固定柱3、固定柱扩底基础4、钢制固定口5、钢制保护外壳6、钢制顶部保护板7、高强螺栓8、螺帽9、球铰10、待测超长大直径桩体11、油压表12、垫块13、油压千斤顶14、反力桩保护壳15、倾斜扩底反力桩16、反力桩桩帽17、压力传感器18、固定螺栓19、拉力传感器20、钢缆21、卷扬机22、千斤顶基础23、位移传感器24、支撑板25。

如图1所示，所述钢制轴承1锚固在固定柱3顶部，滑轮2套箍在钢制轴承1外部；所述钢制保护外壳6设置在待测超长大直径桩体11顶部，钢制顶部保护板7位于钢制保护外壳6上端，钢制固定口5和球铰10分别焊接在钢制保护外壳6的两侧；所述倾斜扩底反力桩16顶部浇筑有混凝土反力桩桩帽17，反力桩保护壳15覆盖在反力桩桩帽17上，反力桩保护壳15上端采用固定螺栓19固定卷扬机22，卷扬机22与钢制固定口5之间采用钢缆21经过滑轮2连接，拉力传感器20设置靠近钢制固定口5的钢缆21一端，反力桩保护壳15与球铰10之间依次设置有压力传感器18、垫块13、油压千斤顶14，油压千斤顶14连接有油压表12；所述位移传感器24通过支撑板25固定在千斤顶基础23上。

所述固定柱3底部设有固定柱扩底基础4，位于待测超长大直径桩体11带有钢制固定口5一侧；所述倾斜扩底反力桩16位于待测超长大直径桩体11带有球铰10一侧，桩体沿垂直方向的倾角在30°～45°之间；所述固定柱3、待测超长大直径桩体11、倾斜扩底反力桩16位于同一水平中轴线上。

如图2所示，所述拉力传感器20、钢制固定口5、球铰10、油压千斤顶14、垫块13、压力传感器18位于穿过待测超长大直径桩体11圆心的同一轴线上。

如图3和图4所示，所述钢制保护外壳6由对称两个半圆形钢制保护外壳构成，通过高强螺栓8和螺帽9固定连接为整体。

实施例二

作为另一种实施例，实施例一中所述的超长大直径桩基水平荷载测试装置的测试方法，包括以下步骤：

步骤一：通过钻孔扩底、吊装钢筋笼、浇筑混凝土、养护等工艺，分别将固定柱3和倾斜扩底反力桩16打设在待测超长大直径桩体11的相对两侧；

清理打磨固定柱3顶部，安装钢制轴承1和滑轮2；

步骤二：在倾斜扩底反力桩16顶部浇筑混凝土形成反力桩桩帽17，在反力桩桩帽17顶部覆盖安装反力桩保护壳15，随后通过固定螺栓19将卷扬机22锚固在反力桩保护壳15上；

在待测超长大直径桩体11顶部安装钢制保护外壳6，采用高强螺栓8和螺帽9进行连接固定，随后在钢制保护外壳6顶部焊接钢制顶部保护板7；

步骤三：在待测超长大直径桩体11与倾斜扩底反力桩16之间依次安装千斤顶基础23、油压千斤顶14、垫块13和压力传感器18；在千斤顶基础23和待测超长大直径桩体11之间锚固两块支撑板25，其上安装调试固定位移传感器24；调节测试油压千斤顶14，使其活塞顶头与球铰10恰好吻合接触；所述位移传感器24沿待测超长大直径桩体11的桩头上下平行布置两处。

在卷扬机22的钢缆21端部附近安装拉力传感器20，将钢缆21绕过滑轮2与钢制固定口5固定连接，调试卷扬机22牵拉钢缆21使其呈水平收紧状态；

步骤四：待设备调试合格后，分别记录压力传感器18、拉力传感器20、位移传感器24的初始读数，同步启动油压千斤顶14和卷扬机22，采用多循环加卸载方法分级施加水平荷载作用在待测超长大直径桩体11的桩头位置，每级加荷恒载稳定后记录压力传感器18、拉力传感器20、位移传感器24的读数。所述分级施加水平荷载作用包括油压千斤顶14产生的推力和卷扬机22牵引收紧钢缆21产生的拉力。

步骤五：达到终止加载条件后，关闭油压千斤顶14和卷扬机22，根据水平力和待测超长大直径桩体11桩顶的位移数据绘制单桩水平静载荷试验曲线，确定超长大直径桩基的单桩水平临界荷载和极限荷载。

Claims (8)

1.一种超长大直径桩基水平荷载测试装置，其特征在于：包括钢制轴承(1)、滑轮(2)、固定柱(3)、钢制固定口(5)、钢制保护外壳(6)、球铰(10)、待测超长大直径桩体(11)、反力桩保护壳(15)、倾斜扩底反力桩(16)、拉力传感器(20)、卷扬机(22)、千斤顶基础(23)和位移传感器(24)；

所述钢制轴承(1)锚固在固定柱(3)顶部，滑轮(2)套箍在钢制轴承(1)外部；所述钢制保护外壳(6)设置在待测超长大直径桩体(11)顶部，钢制固定口(5)和球铰(10)分别焊接在钢制保护外壳(6)的两侧；所述倾斜扩底反力桩(16)顶部浇筑有混凝土反力桩桩帽(17)，反力桩保护壳(15)覆盖在反力桩桩帽(17)上，反力桩保护壳(15)上端采用固定螺栓(19)固定卷扬机(22)，卷扬机(22)与钢制固定口(5)之间采用钢缆(21)经过滑轮(2)连接，拉力传感器(20)设置于靠近钢制固定口(5)的钢缆(21)一端，反力桩保护壳(15)与球铰(10)之间依次设置有压力传感器(18)、垫块(13)和油压千斤顶(14)；所述位移传感器(24)通过支撑板(25)连接千斤顶基础(23)。

2.根据权利要求1所述的超长大直径桩基水平荷载测试装置，其特征在于：所述固定柱(3)底部设有固定柱扩底基础(4)，固定柱(3)位于待测超长大直径桩体(11)带有钢制固定口(5)一侧；所述倾斜扩底反力桩(16)位于待测超长大直径桩体(11)带有球铰(10)一侧，倾斜扩底反力桩(16)沿垂直方向的倾角在30°～45°之间；所述固定柱(3)、待测超长大直径桩体(11)和倾斜扩底反力桩(16)位于同一水平中轴线上。

3.根据权利要求1所述的超长大直径桩基水平荷载测试装置，其特征在于：所述拉力传感器(20)、钢制固定口(5)、球铰(10)、油压千斤顶(14)、垫块(13)和压力传感器(18)位于同一轴线上，且该轴线穿过待测超长大直径桩体(11)圆心，油压千斤顶(14)连接有油压表(12)。

4.根据权利要求1所述的超长大直径桩基水平荷载测试装置，其特征在于：所述钢制保护外壳(6)由对称两个半圆形钢制保护外壳构成，两个半圆形钢制保护外壳通过高强螺栓(8)和螺帽(9)固定连接为整体；钢制保护外壳(6)上端设有钢制顶部保护板(7)。

5.如权利要求1～4中任一项所述的超长大直径桩基水平荷载测试装置的测试方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一：分别将固定柱(3)和倾斜扩底反力桩(16)打设在待测超长大直径桩体(11)的相对两侧；在固定柱(3)顶部安装钢制轴承(1)和滑轮(2)；

步骤二：在倾斜扩底反力桩(16)顶部浇筑反力桩桩帽(17)并安装卷扬机(22)；在待测超长大直径桩体(11)顶部安装钢制保护外壳(6)；

步骤三：安装千斤顶基础(23)、油压千斤顶(14)、垫块(13)和压力传感器(18)；在千斤顶基础(23)和待测超长大直径桩体(11)之间安装位移传感器(24)；在卷扬机(22)的钢缆(21)端部附近安装拉力传感器(20)，将钢缆(21)绕过滑轮(2)与钢制固定口(5)固定连接；

步骤四：同步启动油压千斤顶(14)和卷扬机(22)，分级施加水平荷载作用在待测超长大直径桩体(11)的桩头，每级加荷恒载稳定后记录压力传感器(18)、拉力传感器(20)和位移传感器(24)的读数；

步骤五：根据水平力和桩顶位移数据绘制单桩水平静载荷试验曲线，确定超长大直径桩基的单桩水平临界荷载和极限荷载。

6.根据权利要求5所述的超长大直径桩基水平荷载测试装置的测试方法，其特征在于：在步骤二中，在反力桩桩帽(17)顶部覆盖安装反力桩保护壳(15)，随后通过固定螺栓(19)将卷扬机(22)锚固在反力桩保护壳(15)上；在待测超长大直径桩体(11)顶部安装钢制保护外壳(6)，钢制保护外壳(6)采用高强螺栓(8)和螺帽(9)进行连接固定，随后在钢制保护外壳(6)顶部焊接钢制顶部保护板(7)。

7.根据权利要求5所述的超长大直径桩基水平荷载测试装置的测试方法，其特征在于：在步骤三中，在待测超长大直径桩体(11)与倾斜扩底反力桩(16)之间依次安装千斤顶基础(23)、油压千斤顶(14)、垫块(13)和压力传感器(18)；在千斤顶基础(23)上锚固两块支撑板(25)，所述位移传感器(24)沿待测超长大直径桩体(11)的桩头上下平行布置两处；油压千斤顶(14)活塞顶头与球铰(10)吻合接触。

8.根据权利要求5所述的超长大直径桩基水平荷载测试装置的测试方法，其特征在于：在步骤四中，启动油压千斤顶(14)和卷扬机(22)前，分别记录压力传感器(18)、拉力传感器(20)、位移传感器(24)的初始读数；采用多循环加卸载方法分级施加水平荷载，所述分级施加水平荷载包括油压千斤顶(14)产生的推力和卷扬机(22)牵引收紧钢缆(21)产生的拉力。

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